摘要：各個(gè)車型的制動柜電氣接口不同，試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)臺接口需頻繁切換，切換方式效率低將影響產(chǎn)品生產(chǎn)周期，增加生產(chǎn)成本。鑒于此，通過梳理制動柜接口的差異，以快速換模理論和信息化手段優(yōu)化試驗(yàn)臺電氣接口切換方式，從而提升試驗(yàn)換型效率，避免不必要的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：制動柜;試驗(yàn);換型

中圖分類號：U270.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）15-0069-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.017

0" " 引言

隨著公司的業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)大，制動機(jī)在不同電力機(jī)車、動車組、內(nèi)燃機(jī)車項(xiàng)目的裝車型號增多。同時(shí)，老項(xiàng)目制動機(jī)逐漸進(jìn)入高級修，制動柜試驗(yàn)長期處于小批量、多批次的生產(chǎn)狀態(tài)，制動柜試驗(yàn)臺的接口換型日漸頻繁?，F(xiàn)有的試驗(yàn)臺是根據(jù)老項(xiàng)目產(chǎn)品定制，在車型切換時(shí)需要對PLC控制程序以及內(nèi)部控制線路進(jìn)行調(diào)整，每次切換耗時(shí)久，是制動柜試驗(yàn)準(zhǔn)備工序的一個(gè)瓶頸，嚴(yán)重影響制動柜生產(chǎn)周期。

1" " 試驗(yàn)臺電氣接口切換分析

試驗(yàn)臺的電氣接口信號包括給制動柜的輸入數(shù)字量信號（含電源），制動柜輸出的數(shù)字量信號，制動控制器、制動顯示屏與制動柜的通信信號等專用信號。試驗(yàn)臺各信號控制方式如表1所示，試驗(yàn)臺車型切換是通過修改PLC控制程序以及調(diào)整端子排至對外插座的接線布線，滿足新制動柜試驗(yàn)接口要求。

原試驗(yàn)臺PLC控制輸入、輸出的方式切換試驗(yàn)接口存在的問題有以下幾個(gè)方面：

（1）每次換型需要2個(gè)人作業(yè)12 h以上，而這段時(shí)間設(shè)備需要暫停，并且試驗(yàn)臺一次改造只適用一種車型，多個(gè)制動柜試驗(yàn)臺不能通用，降低了設(shè)備可利用率，嚴(yán)重影響了制動柜的生產(chǎn)周期。

（2）試驗(yàn)臺是委外制作的設(shè)備，PLC控制程序修改需設(shè)備廠家的技術(shù)人員進(jìn)行，每次程序修改需要不小的委外切換成本。

（3）制動柜電氣接口有多個(gè)連接器，不同連接器內(nèi)的接線調(diào)整，導(dǎo)致線纜交叉雜亂，不時(shí)需要消耗導(dǎo)線以及插芯等物料進(jìn)行換線，增加了切換物料成本。

2" " 優(yōu)化方案以及實(shí)施過程

切換也是一種換模，在精益生產(chǎn)中將換模時(shí)間定義為[1]：從前一品種最后一個(gè)合格產(chǎn)品到下一品種第一個(gè)合格產(chǎn)品之間的時(shí)間間隔。從成本的角度講，這部分時(shí)間是沒有產(chǎn)出價(jià)值的時(shí)間，所以需要盡可能地縮短，以減少浪費(fèi)。而換模作業(yè)，按其時(shí)間特性可以分為“內(nèi)作業(yè)”和“外作業(yè)”。內(nèi)作業(yè)，指那些必須將生產(chǎn)活動中斷才可以完成的活動，生產(chǎn)只有在活動完成后才能繼續(xù)，如制動柜試驗(yàn)車型切換中試驗(yàn)臺內(nèi)接線調(diào)整作業(yè)。外作業(yè)，指那些不用使生產(chǎn)活動停止便可完成的活動，不影響正常的產(chǎn)出，如制動柜試驗(yàn)車型切換中切換需要的線纜準(zhǔn)備等工作內(nèi)容。原切換模式作業(yè)內(nèi)容是試驗(yàn)臺停機(jī)直接在試驗(yàn)臺內(nèi)改造，作業(yè)內(nèi)容幾乎都屬于“內(nèi)作業(yè)”。

制動柜試驗(yàn)車型切換時(shí)間主要由三部分組成：準(zhǔn)備時(shí)間→試驗(yàn)臺接口切換時(shí)間→驗(yàn)證時(shí)間。通過對快速換模策略與制動柜試驗(yàn)車型切換的工藝分析，可通過車型切換的內(nèi)外部作業(yè)分離，縮短試驗(yàn)臺接口切換的“內(nèi)作業(yè)”時(shí)間、“外作業(yè)”時(shí)間。故快速換模就需要將切換的內(nèi)外作業(yè)分離，并將切換作業(yè)時(shí)間盡可能縮短。

2.1" " 第一階段：線束更換實(shí)現(xiàn)接口切換

第1步，梳理各個(gè)車型制動柜接口需求，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)臺指示燈、控制按鈕、電源、制動控制器、制動顯示屏信號數(shù)量，簡統(tǒng)化連接器規(guī)格型號，區(qū)分不同信號位置。

第2步，試驗(yàn)臺改造。根據(jù)試驗(yàn)臺的外部接口定義對多個(gè)試驗(yàn)臺進(jìn)行改造，整理試驗(yàn)臺控制按鈕/指示燈→PLC→繼電器→端子排→試驗(yàn)臺對外插座的線路，確保每一路線路正常。

第3步，按照各個(gè)車型接口要求制作試驗(yàn)臺與制動柜的連接器線束，通過此連接器線束滿足相應(yīng)車型制動柜試驗(yàn)所需的電源、輸入/輸出控制信號、制動顯示屏通信等信號要求。

第4步，制動柜試驗(yàn)車型切換時(shí)更換試驗(yàn)臺與制動柜的連接器線束后，更換試驗(yàn)臺控制面板指示燈與按鈕的標(biāo)識。

通過梳理各個(gè)型號制動柜產(chǎn)品的接口差異，對試驗(yàn)臺電氣接口進(jìn)行了通用化改造，固化試驗(yàn)臺PLC程序以及接口定義。不同車型制動柜制作產(chǎn)品連接試驗(yàn)臺的線束，試驗(yàn)臺接口切換變?yōu)檫B接器線束更換，試驗(yàn)臺與制動柜之間的連接器線束如圖1所示。

優(yōu)化后雖然一次制作連接器平均需要4.5 h（外作業(yè)時(shí)間），但是多個(gè)制動柜試驗(yàn)臺實(shí)現(xiàn)了通用化，1 h內(nèi)可完成制動柜試驗(yàn)接口換型（內(nèi)作業(yè)時(shí)間），切換效率提升90%以上，試驗(yàn)臺的接線線束變得整齊，設(shè)備停機(jī)時(shí)間大大縮短。

第一階段實(shí)施一段時(shí)間后也暴露出以下不足：

（1）平均一個(gè)車型投入連接器成本6 000元左右，目前有幾十種不同接口產(chǎn)品，不但成本較高，還需要不小的連接器存放空間，效率提升了，但是所需成本較高，隨著產(chǎn)品種類增加，物料成本將不斷增加。

（2）試驗(yàn)臺控制面板指示燈與按鈕手動控制，不利于自動化試驗(yàn)的實(shí)施。

結(jié)合智能制造工作的開展，基于提升制動柜試驗(yàn)自動化水平的需求，開展了第二階段優(yōu)化。

2.2" " 第二階段：程序切換實(shí)現(xiàn)數(shù)字量信號切換

制動控制器、制動顯示屏與制動柜的專用信號接口在一個(gè)連接器內(nèi)，由于其信號含通信信號，為了避免切換控制干擾其準(zhǔn)確性，繼續(xù)采用線束更換的切換方式。數(shù)字量輸入、輸出信號切換采用信息化方式控制切換。試驗(yàn)臺電氣接口拓?fù)鋱D如圖2所示。

第1步，試驗(yàn)臺改造。將試驗(yàn)臺輸入、輸出信號由PLC和繼電器控制的方式改為輸入、輸出IO控制箱控制。IO控制箱主要由電源板、IO板組成，如圖3所示。IO板上搭載CPU板處理通信以及IO邏輯，通過讀取上位機(jī)發(fā)送的命令配置不同點(diǎn)位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信號檢測與控制。IO箱與上位機(jī)通過RS485通信，板卡內(nèi)部之間采用CAN通信。

每塊IO板卡設(shè)計(jì)為32路通道，每路通道可通過配置軟件設(shè)計(jì)為三種模式：數(shù)字量輸出信號即給制動柜的輸入信號，電源負(fù)信號，數(shù)字量檢測信號即檢測制動柜的輸出信號。IO模塊采用邏輯門加上繼電器開關(guān)電路控制方式，單個(gè)引腳電氣接口切換原理如圖4所示。當(dāng)K1、K2均未吸合時(shí)，該通道作為數(shù)字量檢測;當(dāng)K1吸合、K2斷開時(shí)，該通道作為電源（數(shù)字量）輸出控制;當(dāng)K1斷開、K2吸合時(shí)，該通道作為電源負(fù)信號。每一通道信號輸出時(shí)均同時(shí)發(fā)送給CPU進(jìn)行檢測，確保輸出有效。在軟件和硬件上設(shè)計(jì)了互鎖控制，確保了K1、K2繼電器不會同時(shí)吸合，并且IO模塊電路每一路通道均設(shè)計(jì)了過流、過壓以及短路保護(hù)。

第2步，工藝人員根據(jù)車型制動柜的電氣接口需求編譯配置文件定義各個(gè)連接器點(diǎn)位，內(nèi)容包括車型、連接器代號、連接器點(diǎn)位、線號名、線號定義說明、線號類型、初始狀態(tài)、IO箱板卡號、板卡點(diǎn)位號引腳信息。其中，初始狀態(tài)數(shù)字“0”代表懸空即暫不給信號，數(shù)字“1”代表110 V輸入，數(shù)字“2”代表電源負(fù)信號。

按車型配置文件后，通過系統(tǒng)軟件導(dǎo)入/導(dǎo)出功能界面將Excel表格內(nèi)容自動生成數(shù)據(jù)庫存入系統(tǒng)中，如圖5所示。

切換定義完成后，軟件保存配置參數(shù)并存儲至數(shù)據(jù)庫，程序切換實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品接口切換。制動柜試驗(yàn)過程中制動柜輸出信號檢測區(qū)實(shí)時(shí)顯示輸出信號狀態(tài)，需手動控制輸入時(shí)，點(diǎn)擊制動柜輸入信號控制區(qū)相應(yīng)按鈕即實(shí)現(xiàn)給制動柜的信號輸入，試驗(yàn)臺制動柜輸入、輸出監(jiān)控界面如圖6所示。制動柜自動化試驗(yàn)時(shí)，軟件自動控制信號輸入和自動檢測輸出信號。

優(yōu)化后試驗(yàn)臺數(shù)字量信號的連接器通用，新車型制動柜試驗(yàn)臺換型的“內(nèi)作業(yè)”就是工藝人員進(jìn)行配置程序更新，再次進(jìn)行該產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)“內(nèi)作業(yè)”只需選擇型號，軟件自動調(diào)出該型號引腳定義配置參數(shù)。內(nèi)外作業(yè)時(shí)間基本無變化，但是每個(gè)車型僅需要一個(gè)制動控制器、制動顯示屏通信的專用連接器線束，輸入、輸出信號連接器線束不需要根據(jù)車型制作新連接器，每個(gè)車型切換節(jié)省成本4 000元以上，也避免了大量連接器線束的存放問題。

同時(shí)，經(jīng)過信息化的改造提升，試驗(yàn)臺實(shí)現(xiàn)了電源及數(shù)字量信號的自動控制輸入和輸出檢測，結(jié)合制動控制器的模擬控制，時(shí)間、壓力參數(shù)的自動采集，完成了制動柜試驗(yàn)信息化的初級階段。

3" " 結(jié)束語

采用固化試驗(yàn)臺接口，更換線束的快速換模方式，有效提升了制動柜試驗(yàn)臺接口的切換效率，縮短了制動柜的生產(chǎn)周期。再經(jīng)過對試驗(yàn)臺增加IO控制箱的信息化提升，程序切換實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出的數(shù)字量信號快速切換，大大降低了試驗(yàn)臺接口切換的物料成本。

隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略計(jì)劃的發(fā)布，軌道交通制造行業(yè)逐漸朝智能化方向轉(zhuǎn)型，制動柜產(chǎn)品作為軌道交通產(chǎn)品的重要零部件，工藝人員須繼續(xù)提升制動柜生產(chǎn)過程的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水平，優(yōu)化產(chǎn)品制造過程，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動制動行業(yè)蓬勃發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李梅，張樂劍，黃宗響.基于精益生產(chǎn)方式的快速換模研究[J].裝備制造技術(shù)，2015（9）：211-213.

收稿日期：2023-05-24

作者簡介：崔曉萌（1988—），女，陜西人，工程師，主要從事制動機(jī)的組裝試驗(yàn)工藝工作。